[实用新型]一种基于微分及螺旋挤出的全彩色3D打印喷头

说明书

技术领域

本实用新型涉及3D打印领域，尤其涉及一种基于微分及螺旋挤出的全彩色3D打印喷头。

背景技术

3D打印作为近年来发展迅速的增材制造技术的一种，无论是在军事，航空航天，医疗卫生等行业，还是在普通民众生活中都无疑占有不可忽略的地位。随着技术的发展，人们需求的不断提高，迫切需要一种能实现全彩色打印的方法出现。而在此之前，纵观世界上大部分FDM桌面型3D打印机都还无法实现这一要求。

相比于绝大部分的FDM商业打印机，其仅仅能实现多色打印，例如：可实现单喷头双色交叉打印、双喷头双色打印、双喷头混合四色打印、四喷头四色打印以及渐变色材料等等，模型颜色丰富然而材料颜色却很单调，甚至有些材料是不开放的，而且也不能按照我们预期的颜色分布实现模型全彩色，于是迫使人们研究实现全彩色打印的方法和原理。

全彩色打印的方法也有许多相关的研究。Spectrom就是通过对单个线材进行染色来实现彩色3D打印的，这意味着他们在色彩控制（比如色调和饱和度）上有很大的自由度，而且颜色也是完全渗入该材料中的，并不是仅仅浮在表面。这样做的优点是可以直接改变颜色，而且打印出来的色彩准确、清晰，但是线材却是专有的，影响推广。也有一些研究是采用色母进行熔融共混然后共同挤出。这些方法实际上都存在着一些难以推广的因素和缺点。本实用新型提出的一种实现全彩色3D打印机喷头挤出原理及方法，是结合上述的方案各自的优点提出来的具有广阔前景的原理和方法。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决全彩色3D打印的问题，而提出来基于微分及螺旋挤出的全彩色3D打印喷头及方法。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种基于微分及螺旋挤出的全彩色3D打印喷头，包括电机、连接电机输出轴的主动锥齿轮、与所述主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮、固定在所述从动锥齿轮中心孔内同步转动的螺旋挤出装置，所述螺旋挤出装置的进料端密封地转动连接进料盖，所述螺旋挤出装置的出料端设置有喷嘴，所述进料盖上设置有分别由四个送料电机进行送料的青色材料进料口、品红色材料进料口、黄色材料进料口、黑色材料进料口。

进一步地，所述螺旋挤出装置包括固定在从动锥齿轮中心孔内随从动锥齿轮同步转动的滚筒、设置在所述滚筒内的螺旋结构，所述滚筒及螺旋结构的出料端呈锥形。

进一步地，所述进料盖包括筒状连接部及设置在所述筒状连接部顶端的半球形进料部，所述半球形进料部上分别伸入地设置有青色材料进料口、品红色材料进料口、黄色材料进料口、黑色材料进料口，四个进料口的输出端交汇于进料口汇集区域后经进料通道连通所述筒状连接部内腔。

进一步地，所述滚筒的外周壁通过滚针轴承与进料盖的筒状连接部内孔圆周壁转动连接，所述螺旋结构与进料盖的筒状连接部内孔顶壁固定连接。

进一步地，所述滚筒的外周壁与进料盖的筒状连接部内孔圆周壁之间还设置有密封圈。

进一步地，所述电机为步进电机。

进一步地，所述青色材料进料口、品红色材料进料口、黄色材料进料口、黑色材料进料口的直径比丝料直径大0.2mm，便于丝料通过。

一种采用如所述打印喷头的全彩色3D打印方法，包括步骤：

1）在软件中识别模型的外形以及颜色信息后会将这些信息处理后生成对应的G代码；

2）四个送料电机分别执行G代码，采用微分原理按比例将青色丝料、品红色丝料、黄色丝料、黑色丝料分别送进青色材料进料口、品红色材料进料口、黄色材料进料口、黑色材料进料口；

3）各色丝料交汇后被送入螺旋挤出装置中加热熔融塑化，最后经位置电机驱动打印喷头移动到相应位置，由螺旋挤出装置根据G代码定量地由喷嘴挤出，实现全彩色3D打印。

进一步地，所述采用微分原理是指将每种颜色的丝料的进给量无限分段，趋于无穷小，通过将每个无限小周期的颜色按顺序进行混合使其趋向于预期设定的颜色分布，得到不同颜色，实现全彩色打印。

进一步地，所述丝料的材料为PLA（聚乳酸）或ABS，环保，危害少。

本实用新型对比已有技术具有以下显著优点：

1、本实用新型采用一种套色模式——印刷四分色模式（CMYK）实现全彩色材料打印，此颜色可根据调整CMYK参数设置不同的进给量等实现，不同颜色材料经过微分处理以及旋转螺旋以及挤出滚筒的处理，使材料混合更加均匀，挤出颜色更为均一。